本發(fā)明涉及航空航天，具體涉及一種航空航天艙段柔順對接系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

1、艙段對接多見于中大型航天器裝配總裝階段。由于對接過程要求精度高，對接調(diào)姿難度大，對接耗時長，現(xiàn)階段艙段對接方式正在由人工對接向自動化對接方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

2、在自動化對接過程中，對接的痛點(diǎn)和難點(diǎn)是兩個艙段公母合攏時，經(jīng)常出現(xiàn)因艙段調(diào)姿精度或產(chǎn)自身精度導(dǎo)致的合攏過程卡滯或卡死。出現(xiàn)對接卡滯的原因可能如下：

3、1、接觸剛性不匹配：在對接過程中，如果部件間接觸剛度不匹配，可能會導(dǎo)致部件變形或錯位，影響對接精度。

4、2、摩擦和粘滯效應(yīng)：摩擦力和粘附力會影響部件間的相對運(yùn)動，簡單的力控制或位置控制可能無法有效預(yù)測和補(bǔ)償這些效應(yīng)。

5、3、個體部件間隙和過盈：不同個體部件間可能存在間隙或過盈，這些間隙和過盈在對接過程中需要被精確控制，而簡單的控制方法可能無法適應(yīng)這些變化。

6、4、裝配過程中的動態(tài)變化：對接過程中部件的接觸和分離可能導(dǎo)致動態(tài)響應(yīng)，如沖擊和振動，這些動態(tài)變化可能超出簡單控制方法的處理能力。

7、5、多維力和力矩控制：對接過程中需要同時控制多個方向上的力和力矩，以確保部件正確對齊和固定。位置控制或簡單力控制可能無法提供這種多維控制。

8、一般出現(xiàn)合攏過程卡滯或卡死時，自動對接系統(tǒng)一般會報警停機(jī)等待。這樣的對接卡滯對產(chǎn)品對接生產(chǎn)節(jié)拍影響巨大，同時也可能會對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種航空航天艙段柔順對接系統(tǒng)及其方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中自動化裝配精度不足、可靠性不高的問題，特別是針對具有復(fù)雜形狀和高精密要求的部件對接。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種航空航天艙段柔順對接系統(tǒng)，其創(chuàng)新點(diǎn)在于，包括以下組件：

3、艙段對接設(shè)備底座：其上表面和側(cè)面都安裝有直線導(dǎo)軌與齒條，是其余結(jié)構(gòu)安裝的基準(zhǔn)；上表面的直線導(dǎo)軌與齒條用于滑動安裝調(diào)姿對接平臺；側(cè)面的直線導(dǎo)軌與齒條用于滑動安裝雙目視覺檢測系統(tǒng)；

4、調(diào)姿對接平臺：用于夾持艙段實現(xiàn)艙段的對接，并且為艙段對接提供調(diào)姿功能，具備x\y\z以及沿x軸滾轉(zhuǎn)的能力，可實現(xiàn)快速擴(kuò)展；

5、三維力傳感器：安裝在調(diào)姿對接平臺底部，由三維力傳感器連接調(diào)姿對接平臺與艙段對接設(shè)備底座，這樣就能檢測調(diào)姿對接平臺受力變化情況，間接檢測艙段受力變化情況；

6、雙目視覺檢測系統(tǒng)：滑動安裝在艙段對接設(shè)備底座側(cè)面兩側(cè)，工作時根據(jù)程序內(nèi)容移動至指定位置，由上部安裝的雙目視覺檢測系統(tǒng)對待對接艙段進(jìn)行測量，并將數(shù)據(jù)發(fā)回至計算系統(tǒng)，為調(diào)姿計算提供依據(jù)；

7、調(diào)姿工裝：為產(chǎn)品的夾持裝置，調(diào)資工裝環(huán)由多塊圓弧環(huán)構(gòu)成，可適應(yīng)不同直徑的產(chǎn)品；調(diào)姿工裝與調(diào)姿對接平臺構(gòu)成支撐調(diào)姿系統(tǒng)，共同實現(xiàn)對產(chǎn)品的調(diào)姿；

8、待對接艙段：為多種規(guī)格的艙段，被調(diào)姿工裝進(jìn)行夾持。

9、進(jìn)一步的，所述三維力傳感器前后兩兩為一組，用于實時檢測和控制對接部件在、、三個方向上的六維受力和力矩。

10、一種航空航天艙段柔順對接系統(tǒng)方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于，包括以下步驟：

11、（1）對接調(diào)姿

12、調(diào)姿對接開始時，先由雙目視覺檢測系統(tǒng)對待對接的艙段進(jìn)行位姿測量，并將各艙段位姿數(shù)據(jù)上傳終端處理電腦，電腦根據(jù)各艙段位姿實際情況，對艙段的實際情況進(jìn)行位姿解算，模擬出最佳調(diào)姿位置，并將位姿調(diào)姿方案下發(fā)至調(diào)姿系統(tǒng)；每一個艙段都經(jīng)過前后兩個調(diào)姿工裝放置在兩個相互獨(dú)立的調(diào)姿對接平臺上，每一個調(diào)姿對接平臺都具備x\y\z以及沿x軸滾轉(zhuǎn)的能力，通過前后兩個對接調(diào)姿對接平臺的相對運(yùn)動，實現(xiàn)艙段在一定范圍內(nèi)沿x\y\z做直線運(yùn)動和繞x\y\z軸旋轉(zhuǎn)；

13、（2）主動柔順對接

14、調(diào)姿對接平臺配備三維力傳感器，通過前后兩兩一組用于實時檢測和控制對接部件在、、三個方向上的六維受力和力矩；艙段對接時，可能由于系統(tǒng)測量執(zhí)行存在誤差或者產(chǎn)品之間尺寸精度存在偏差，對合定位臺階或定位銷會因位置姿態(tài)偏差導(dǎo)致不能對合到位產(chǎn)生卡滯；當(dāng)產(chǎn)品對接產(chǎn)生卡滯時，調(diào)姿對接平臺上的一組三維力傳感器會收到產(chǎn)品因卡滯受阻產(chǎn)生的反作用力\力矩，傳感器會將作用力\力矩方向進(jìn)行分析，并將引導(dǎo)調(diào)姿對接平臺向反方向進(jìn)行位置位姿的微調(diào)，以一種主動自動柔順的方式，將艙段進(jìn)行自動對接，最大限度保護(hù)產(chǎn)品安全并提高自動化對接成功率；

15、兩部艙段對接時，其待對接部件、、三個方向上所受到的合力分別為：

16、

17、

18、

19、式中為第一個傳感器在x方向測得的力，為第二個傳感器在方向測得的力；為兩個三維力傳感器在方向受到的合力，、方向同理；

20、待對接部件在、、三個方向上的力矩分別為：

21、軸方向力矩：

22、式中為第一個傳感器在方向測得的力，為第二個傳感器在方向測得的力，為作用力在方向上的作用臂長度、為每個力對軸產(chǎn)生的力矩，且兩個力的作用臂長度相同，是軸方向總的力矩是這兩個力矩的和；

23、軸方向力矩：

24、式中為第一個傳感器在方向測得的力，為第二個傳感器在方向測得的力，為作用力在方向上的作用臂長度，、為每個力對軸產(chǎn)生的力矩，且兩個力的作用臂長度相同，是軸方向總的力矩是這兩個力矩的和；

25、軸方向力矩：

26、式中為第一個傳感器在方向測得的力，為第二個傳感器在方向測得的力，為作用力在方向上的作用臂長度，為作用力在方向上的作用臂長度，、為每個力對軸產(chǎn)生的力矩，是軸方向總的力矩是這兩個力矩的和；

27、（3）獲得六維力/力矩后的力位混合控制方法實現(xiàn)對接

28、根據(jù)三維力傳感器采集到的力信號，通過調(diào)姿對接平臺保持恒力進(jìn)給，實現(xiàn)兩部段間對接裝配；調(diào)姿系統(tǒng)將段體初始位置和對接修正值求和，通過運(yùn)動學(xué)變換得到實際調(diào)姿軌跡；調(diào)姿對接平臺根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的指令進(jìn)行部件調(diào)姿；整個對接過程中，通過力位雙重反饋，實時監(jiān)控進(jìn)給力，力矩和位置，當(dāng)進(jìn)給力，力矩和位置均達(dá)到設(shè)定值時視為裝配完成；同時當(dāng)力/力矩出現(xiàn)異常時，根據(jù)當(dāng)前位置，做出被動柔順動作，保證產(chǎn)品對接安全可靠。

29、本發(fā)明有益效果為：

30、1、本發(fā)明采用兩個一組的三維力傳感器，匹配相關(guān)算法，實現(xiàn)對待對接艙段六維受力檢測的，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，效果好；

31、2、本發(fā)明將最后對接合攏的過程閉環(huán)控制，實現(xiàn)航空航天領(lǐng)域艙段自動對接全過程閉關(guān)管理，提高對接過程的自動化程度，提高對接精度和可靠性；

32、3、本發(fā)明對艙段類產(chǎn)品精度和一致性要求可適當(dāng)降低，大幅提高對接成功率和工作效率。

33、4、本發(fā)明大幅提高艙段產(chǎn)品對接過程中的質(zhì)量和安全，避免合攏錯位后傷到產(chǎn)品本身。

技術(shù)特征：

1.一種航空航天艙段柔順對接系統(tǒng)，其特征在于，包括以下組件：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空航天艙段柔順對接系統(tǒng)，其特征在于：所述三維力傳感器前后兩兩為一組，用于實時檢測和控制對接部件在、、三個方向上的六維受力和力矩。

3.一種根據(jù)權(quán)利要求1至2中任意一項航空航天艙段柔順對接系統(tǒng)方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種航空航天艙段柔順對接系統(tǒng)及其方法，包括：艙段對接設(shè)備底座：其上表面和側(cè)面都安裝有直線導(dǎo)軌與齒條，是其余結(jié)構(gòu)安裝的基準(zhǔn)；上表面的直線導(dǎo)軌與齒條用于滑動安裝調(diào)姿對接平臺；側(cè)面的直線導(dǎo)軌與齒條用于滑動安裝雙目視覺檢測系統(tǒng)；調(diào)姿對接平臺：用于夾持艙段實現(xiàn)艙段的對接；三維力傳感器：安裝在調(diào)姿對接平臺底部；雙目視覺檢測系統(tǒng)：滑動安裝在艙段對接設(shè)備底座側(cè)面兩側(cè)；調(diào)姿工裝：為產(chǎn)品的夾持裝置；本發(fā)明采用兩個一組三維力傳感器，匹配相關(guān)系統(tǒng)方法、算法，實現(xiàn)對待對接艙段六維受力檢測的，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，效果好；實現(xiàn)航空航天領(lǐng)域艙段自動對接全過程閉環(huán)管理，提高對接過程的自動化程度，提高對接精度和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：章易鐮,陶佳楊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇精惟智造科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6